劉靜嫻

摘 要：利用中國氣象局提供的常規(guī)地面觀測資料等，對2016年6月30日-7月5日湖南持續(xù)暴雨過程進(jìn)行天氣學(xué)診斷分析。結(jié)果表明：（1）此次暴雨過程是西太平洋副熱帶高壓、短波槽、低空急流及地面弱冷空氣共同作用的結(jié)果。（2）此次暴雨過程水汽條件充足，水汽通道及急流發(fā)展完整，利于暴雨的形成。（3）垂直運(yùn)動(dòng)對暴雨作用極為明顯，低層輻合高層輻散利于垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展，有利于暴雨強(qiáng)度增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：暴雨；系統(tǒng)配置；水汽；急流；垂直運(yùn)動(dòng)

中圖分類號：P458.121 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0227-05

1 引言

每年的六月中旬到七月上旬是我國的江淮梅雨季。梅雨是指每年6月中旬到7月上、中旬初夏，中國長江中下游指宜昌以東的28-34°N范圍內(nèi)或稱江淮流域至日本南部這狹長區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的一段連陰雨天氣，梅雨季節(jié)梅雨季里空氣濕度大、氣溫高，降水量大，有時(shí)可達(dá)暴雨程度。中國雨帶的位置通常與西太平洋副熱帶高壓的活動(dòng)有關(guān)，對于由低槽和副高相互作用下產(chǎn)生的強(qiáng)降水，許多專家通過分析已得出了有意義的結(jié)論[1-2]，對于梅雨季節(jié)南方暴雨發(fā)生發(fā)展的成因及分析，已有許多學(xué)者進(jìn)行過細(xì)致的研究。其中，陶詩言等[3]分析過2007年3次梅雨鋒暴雨過程，總結(jié)了梅雨靜止鋒的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)結(jié)構(gòu)特征。也有很多學(xué)者研究指出[4-7]，干冷空氣的加入與西南急流的變化對暴雨的形成也有很大的影響。暴雨直接影響到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，2016年7月的這次暴雨過程，造成湖南多地受災(zāi)，湘西、湘北多處公路中斷，鐵路沿線塌方。因此，為了提高預(yù)報(bào)質(zhì)量，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，對已發(fā)生的暴雨過程進(jìn)行深化研究是十分必要的，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以更好地掌握其特點(diǎn)。眾所周知，暴雨的形成具有三個(gè)條件：充足的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)以及較長的持續(xù)時(shí)間。本文通過這三個(gè)方面對2016年7月發(fā)生在湖南的一次暴雨過程進(jìn)行了探討。

2 過程概況

根據(jù)湖南省地面觀測站數(shù)據(jù)顯示，2016年6月30日08時(shí)-7月5日20時(shí)，湖南省北部降水量普遍在50mm以上，主要集中在湘北地區(qū)，最大累計(jì)降水中心位于湘東北岳陽等地，降水總量達(dá)到250mm以上（圖1）。其中，24h最大降水量出現(xiàn)在7月3日的溆浦站，降水量達(dá)到217.3mm，強(qiáng)降水使湘北地區(qū)局地出現(xiàn)了洪澇災(zāi)害。

此次過程從6月30日08時(shí)開始至7月5日20時(shí)結(jié)束，持續(xù)了6天，降水量大，降水范圍廣，24h降水量大于50mm的站點(diǎn)有62個(gè)，主要集中在7月3日，達(dá)到了28個(gè)，降水量大于100mm的站點(diǎn)有19個(gè)（以上均為國家站）。本次降水主要集中在湘北，雨帶有東移南壓的特點(diǎn)。從逐日降水來看，暴雨影響范圍主要集中在湖南北部。6月30日降水量均在50mm以下，主要分布在向西北部、張家界、常德、岳陽北部等地區(qū)，7月1日開始，降水量逐漸增大，且雨帶緩慢南壓，2日強(qiáng)降水帶以東北-西南走向呈窄帶狀影響湘東北到西南地區(qū)。3日降水量最大，強(qiáng)降水區(qū)呈帶狀影響湘中以北，懷化及岳陽地區(qū)均出現(xiàn)了100mm以上的暴雨。之后轉(zhuǎn)入降水減弱階段，4日湘東北地區(qū)降水仍較強(qiáng)，而湘南地區(qū)基本無降水。

3 環(huán)流背景

此次暴雨過程是副熱帶高壓、短波槽、西風(fēng)急流及弱冷空氣共同作用的結(jié)果，環(huán)流形勢分析如下：

圖2為6月30日-7月5日平均200hPa高度場（a）及500hPa高度場（b）。從200hPa高度場上可以明顯看到南壓高壓的位置及強(qiáng)度。南壓高壓是下半年位于南亞對流層上部的反氣旋環(huán)流系統(tǒng)，是影響中國夏季天氣和大范圍旱澇分布的重要環(huán)流系統(tǒng)。圖中，南壓高壓范圍廣闊，貫穿整個(gè)亞歐大陸南部，東部到達(dá)太平洋西側(cè)，我國的青藏高原及長江以南均在其影響范圍內(nèi)。南亞高壓的強(qiáng)盛，保證了高層的輻散抽吸作用，有利于上升運(yùn)動(dòng)的維持。

從500hPa圖上可以看出，歐亞地區(qū)中高緯維持兩槽一脊形勢，兩槽分別位于東亞沿海及西西伯利亞，中間貝加爾湖地區(qū)為一寬廣的弱脊。中緯度西風(fēng)帶上有短波槽波動(dòng)，并不斷東移至長江中下游地區(qū)。2日夜間到3日白天短波槽掃過整個(gè)湘中以北地區(qū)，并在東移過程中轉(zhuǎn)為東北-西南走向（圖略）。圖中也可以看到，西太平洋副高脊線穩(wěn)定在20°N附近，平均西伸脊點(diǎn)在110°E左右，湖南地區(qū)處于副高的西北側(cè)，受西南暖濕氣流的影響，水汽通道也建立在這一區(qū)域。同時(shí)，在28°N以北湖南區(qū)域上游為西北氣流，短波槽的經(jīng)過，攜帶弱冷空氣影響湖南，而28°以南為副高外圍的西南暖濕氣流，這使得28°N附近形成了冷暖交匯帶，利于降水的發(fā)生。而短波槽經(jīng)過的時(shí)間段也正是此次暴雨過程降水量最大的時(shí)間段，可見，副高的位置、短波槽的擾動(dòng)及其攜帶的冷空氣對暴雨的產(chǎn)生具有極為明顯的影響。

圖3為6月30日-7月5日逐日500hPa高度場。圖中可見，6月30日-7月5日副高脊線在20-25°N南北擺動(dòng)。6月30日副高仍較為強(qiáng)盛，湖南大部分區(qū)域處于副高控制范圍內(nèi)，副高脊線位于22°N附近，588dagpm線西伸至102°E左右。從7月1日開始，副高稍有東撤南壓，整個(gè)湖南轉(zhuǎn)為副高西北側(cè)形勢，受副高外圍西南氣流影響。到4日副高脊線南壓至20°N附近，588hPa線最西側(cè)東撤至115°E左右。到5日，副高再次加強(qiáng)西伸，湖南區(qū)域處于588線范圍內(nèi)。由此可見，7月1日-5日，副高的位置維持較為穩(wěn)定，使得湖南一直位于副高邊緣，有利于西南暖濕氣流對湖南地區(qū)的水汽輸送。

4 水汽條件

充足的水汽是產(chǎn)生暴雨的重要條件。前面提到，6月30日到7月5日的副高位置的變化使得湖南區(qū)域處于副高西北側(cè)的西南氣流中，副高的位置有利于湖南地區(qū)的水汽輸送。而副高西北側(cè)的低空急流也對暴雨的形成具有重要的影響。圖4給出了6月30日-7月5日逐日700hPa風(fēng)場，陰影表示風(fēng)速大于12m·s-1的區(qū)域（單位：m·s-1）。由圖可知，此次降水過程，湖南上空穩(wěn)定維持了一支西南風(fēng)急流，基本呈東北-西南走向，水汽輸送和輻合是與西南氣流密切相關(guān)的，700hPa急流中心一般在風(fēng)速大于12m·s-1的區(qū)域，在整個(gè)降水過程期間，急流軸上均出現(xiàn)了強(qiáng)風(fēng)速中心。30日開始，西南急流從廣東開始逐漸建立，7月1日急流區(qū)影響湘南地區(qū)，中心風(fēng)速加大，2日急流范圍最大，從兩廣地區(qū)一直延伸到華東，覆蓋了整個(gè)湖南區(qū)域，風(fēng)速也較大，3日開始急流稍減弱，但中心仍較強(qiáng)，影響湘中以南地區(qū)，4日急流進(jìn)一步減弱且位置有所東移，主要影響地區(qū)轉(zhuǎn)為江西及華東地區(qū)。低空強(qiáng)西南急流將水汽向湖南及長江中下游地區(qū)輸送，同時(shí)，低空急流有強(qiáng)烈的輻合上升作用，也提供了一定的動(dòng)力作用。對應(yīng)每日的降水區(qū)，可以發(fā)現(xiàn)暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在西南急流軸的左側(cè)。但由降水資料可知，降水最強(qiáng)日出現(xiàn)在3日，而急流最強(qiáng)出現(xiàn)在2日，這與暴雨的其他配置的配合有密切關(guān)系。

圖5給出了6月30日-7月5日逐日整層積分水汽通量（單位：kg·m-1·s-1）。從圖中可以清晰看出水汽來源的變化及水汽輸送強(qiáng)度的變化。降水過程期間，在中南半島地區(qū)穩(wěn)定維持有一低壓槽，以保證西南氣流源源不斷地將水汽向長江中下游輸送。6月30日-7月4日水汽主要來源于孟加拉灣，5日孟加拉灣的水汽輸送明顯減弱。從強(qiáng)度來看，7月1日水汽輸送強(qiáng)度最強(qiáng)，水汽通道中心從華南呈東北-西南走向覆蓋整個(gè)長江流域，2日和3日水汽通量稍弱，湖南區(qū)域強(qiáng)中心覆蓋除湘西北以外的所有地區(qū)，至4日開始，水汽來源稍有改變，變?yōu)橛擅霞永瓰臣皷|海共同輸送水汽，但強(qiáng)度明顯減弱，湖南區(qū)域僅湘東地區(qū)仍有影響。1日-4日強(qiáng)中心略有南壓，到5日中南半島處的低壓槽已不明顯。

綜上所述，7月1日-3日湖南區(qū)域均收到了西南低空急流的影響，保證了水汽的輸送，同時(shí)，也有較為完整的水汽通道從孟加拉灣地區(qū)將水汽源源不斷地輸送至湖南區(qū)域，保證了此次暴雨過程良好的水汽條件。

5 動(dòng)力條件

此次暴雨的主要影響系統(tǒng)是500hPa短波槽和中低空切變線。500hPa短波槽從青藏高原東移，并逐漸轉(zhuǎn)為東北-西南走向，在2日夜間到3日白天橫掃過湖南區(qū)域。再看中低空切變線，7月2日08時(shí)開始，中低空在湖北南部有切邊線影響，夜間開始緩慢南壓，3日切變線在湘北地區(qū)維持。3日在切變線與短波槽共同影響下，湘北地區(qū)動(dòng)力輻合加強(qiáng)，有利于暴雨維持。

圖6為6月30日-7月5日逐日700hPa流場和正渦度場。圖中可以看出，切變線從7月1日開始維持在兩湖交界至湘北地區(qū)，切變線上有明顯的正渦度，利于在切變線上生成低渦并東移。2日圖中，沿著切變線，正渦度明顯加大，在湘北出現(xiàn)了8×10-5s-1的渦度值，正渦度的增加，導(dǎo)致氣旋性輻合增強(qiáng)，在湘北地區(qū)出現(xiàn)了閉合的低渦，對應(yīng)有上升運(yùn)動(dòng)，有利于對流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，為強(qiáng)降水提供了有力的動(dòng)力條件。同理，3日湖南地區(qū)的相對渦度大值區(qū)出現(xiàn)在湘中一帶，促進(jìn)對流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)明顯，利于暴雨的形成。4日以后，湖南區(qū)域的正渦度明顯減弱，這與實(shí)際從4日開始降水量逐漸減少也是相配合的。

根據(jù)前面的分析，此次強(qiáng)降水過程中，低空急流的左側(cè)伴有散度輻合中心，良好地對應(yīng)了降水的落區(qū)，而在高空急流的右側(cè)有散度的輻散，這有利于垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。分析6月30日-7月5日逐日沿108°-115°E平均西風(fēng)風(fēng)速 （單位：m·s-1）及垂直速度（單位：10-2Pa·s-1）的緯度-高度剖面（圖7）可見，高空急流右側(cè)出現(xiàn)了強(qiáng)垂直速度中心時(shí)，利于降水的形成。從高空急流強(qiáng)度來看，6月30日往后的急流強(qiáng)度是逐漸減弱的，至4日已基本趨于消散，而湖南區(qū)域（24°38′N～30°08′N）在此次過程中均處在高空急流的右側(cè)。垂直速度中心的位置與雨區(qū)基本對應(yīng)。6月30日，26～30°N整層垂直速度基本維持負(fù)值，整個(gè)湖南區(qū)域低層垂直運(yùn)動(dòng)以下沉為主。7月1日30°N附近也就是湘北地區(qū)整層維持上升運(yùn)動(dòng)，這與1日降水區(qū)出現(xiàn)在湘北對應(yīng)。7月2日垂直速度正值區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，僅在26-27°N的低層仍有較弱的下沉運(yùn)動(dòng)，正值中心位于28-29°N的中高層，而實(shí)際降水分布也證實(shí)在這一區(qū)域出現(xiàn)了50mm以上的降水。7月3日，湘南的中層仍有微弱的下沉運(yùn)動(dòng)存在，在27-29°N維持了一個(gè)極強(qiáng)的垂直速度正值中心，中心值達(dá)到64×10-2Pa·s-1，整層維持一個(gè)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，結(jié)合7月3日的27-29°N附近低層位于低空急流左側(cè)的輻合及高層位于高空急流右側(cè)的輻散，配合源源不斷地水汽輸送，以及正渦度發(fā)展引起的切變擾動(dòng)，各項(xiàng)配置共同作用，造成了7月3日在27-29°N出現(xiàn)了大范圍的暴雨，部分地區(qū)降水量達(dá)到100mm以上。4日后，高空急流趨于消散，垂直運(yùn)動(dòng)也明顯減弱，到5日，此次降水過程結(jié)束。

6 結(jié)語

本文利用常規(guī)觀測資料，以暴雨的形成機(jī)制為出發(fā)點(diǎn)，對2016年6月30日-7月5日湖南地區(qū)一次暴雨過程進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

（1）此次暴雨過程在副高強(qiáng)盛、青藏高原短波槽東移以及地面弱冷空氣活動(dòng)的共同作用下產(chǎn)生。其環(huán)流形勢特征是：500hPa亞歐中高緯地區(qū)維持兩槽一脊形勢，西風(fēng)帶有短波槽活動(dòng)，高層南壓高壓強(qiáng)盛，其高層輻散抽吸作用為此次暴雨過程提供了穩(wěn)定的上升運(yùn)動(dòng)條件。副高位置穩(wěn)定，脊線穩(wěn)定在20°N附近，平均西伸脊點(diǎn)在110°E左右，副高北側(cè)暖濕西南氣流輸送與北方弱冷空氣在長江中下游形成冷暖交匯，形成了穩(wěn)定的梅雨鋒，導(dǎo)致了湖南地區(qū)此次暴雨過程。（2）此次暴雨過程水汽條件十分充足，在1-4日均有低空急流和水汽通道向湖南地區(qū)源源不斷地輸送水汽，保證了此次過程的水汽條件。（3）分析此次暴雨過程的降水強(qiáng)度分布可知，垂直運(yùn)動(dòng)對暴雨作用極為明顯，低層輻合高層輻散利于垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展，有利于暴雨強(qiáng)度增強(qiáng)。由水汽條件分析可知，1-4日水汽都十分充足，但只有2日和3日出現(xiàn)了大面積的暴雨，這就說明暴雨的形成與垂直運(yùn)動(dòng)的配合有極為密切的關(guān)系。最強(qiáng)降水日7月3日的水汽動(dòng)力條件均配合完整，降水落區(qū)與垂直運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)區(qū)域也基本吻合。因此，關(guān)注垂直運(yùn)動(dòng)的范圍及發(fā)展情況，可為強(qiáng)降水落區(qū)的預(yù)報(bào)提供參考。

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